Dans le nouveau modèle d'évolution, les polymères peuvent former de nouveaux polymères de différentes longueurs via un processus de ligature enzymatique, comme montré ici. Crédit :Worst et al. ©2016 Éditions IOP
(Phys.org)—L'une des choses les plus déroutantes à propos de l'évolution est que, même après 4 milliards d'années, ça ne s'est pas arrêté. Au lieu de culminer en une seule espèce la mieux adaptée, aujourd'hui, la Terre contient environ 8,7 millions d'espèces différentes, qui s'éteindront un jour au fur et à mesure qu'une variété de nouvelles espèces prendront leur place.
Bien que les scientifiques aient essayé de modéliser ces dynamiques évolutives en laboratoire, comme en utilisant des systèmes de molécules qui changent au fil du temps d'une manière ou d'une autre, la plupart de ces modèles finissent par générer une seule espèce dominante puis s'arrêtent. Les scientifiques ne comprennent toujours pas complètement comment l'évolution continue de générer de nouvelles espèces, ce qui est connu pour se produire même en l'absence de changements de pressions externes.
Maintenant dans une nouvelle étude, une équipe de physiciens a développé un modèle théorique et expérimental d'évolution qui se poursuit sans fin, même dans des conditions extérieures constantes. Le modèle pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre comment la biosphère continue d'évoluer sur des milliards d'années.
"Nous espérons comprendre les conditions nécessaires des statistiques darwiniennes, notamment, la coexistence d'espèces qui ont chacune une durée de vie finie - qui émergent avec l'évolution darwinienne, " co-auteur Albrecht Ott à l'Université de la Sarre à Sarrebruck, Allemagne, Raconté Phys.org . "Cela semble un problème majeur que la recherche sur l'origine de la vie doit traiter. De plus, les systèmes moléculaires peuvent aider à élucider les mécanismes de spéciation, notamment l'émergence et la disparition de niches."
Le nouveau système modèle se compose de polymères d'ADN linéaires de différentes longueurs, où la longueur d'un polymère détermine son "espèce". Les polymères peuvent se reproduire (créer des polymères de la même longueur) ou se joindre via l'enzyme de liaison aux polymères ADN ligase (créer des polymères plus longs, qui sont de nouvelles espèces).
Dans leurs expériences, les chercheurs ont commencé avec des polymères de 10 ou 20 paires de bases de long. Après les avoir exposés à des variations de température favorisant la reproduction et la liaison à des degrés divers, les chercheurs ont découvert que des polymères de différentes longueurs ont commencé à émerger.
Dans le nouveau modèle, différentes espèces (longueurs de polymère) émergent pendant un temps, puis « s'éteignent » au fur et à mesure que de nouvelles espèces prennent leur place; il n'y a pas d'espèce dominante permanente. Crédit :Worst et al. ©2016 Éditions IOP
Les résultats ont révélé que l'évolution des espèces dépend du mécanisme de croissance qui domine. Dans les situations où le mécanisme de ligature domine, toutes les longueurs de polymère possibles sont générées (tous les multiples de 20 commençant par une longueur de 20, comme 40, 60, 80, et 100 paires de bases et plus).
Mais quand la reproduction domine, seules certaines longueurs apparaissent (en particulier, longueurs de 10, 20, 40, 80, ou 160 paires de bases), et seulement pour des périodes limitées. Chaque longueur de polymère suit un modèle dans lequel ses nombres augmentent de façon exponentielle, puis plateau, et enfin diminuer, permettant l'émergence de nouvelles longueurs de polymères.
Dans ces situations à dominance de reproduction, l'évolution des polymères de différentes longueurs présente des similitudes avec l'évolution darwinienne. Comme l'expliquent les chercheurs, c'est la dynamique de l'ensemble du système qui sélectionne un particulier, de nouvelles espèces (longueur de polymère) de manière à pouvoir utiliser au mieux la situation existante pour se multiplier. Chaque fois, le système échappe à cette domination en créant une nouvelle espèce qui utilise la nouvelle situation à son avantage.
"Nous pensons avoir créé un système modèle qui expose un mécanisme dynamique reflétant les traits essentiels de l'évolution darwinienne, " a déclaré le co-auteur Karsten Kruse à l'Université de la Sarre. " Dans une situation dominée par la reproduction, dans notre système, seuls certains types de reproducteurs moléculaires existent :ceux qui profitent le plus d'une situation donnée. Cependant, ces « espèces » ne parviennent pas à dominer la situation en raison de l'émergence d'autres espèces toujours nouvelles. »
À l'avenir, les chercheurs envisagent de modifier le modèle pour que les molécules acquièrent des fonctionnalités, les rendant plus semblables aux espèces biologiques.
"Bien que la simplicité de notre système soit ce qui fait sa qualité et rend le message si clair, on ne sait pas comment concevoir un système plus complexe qui permet de nouvelles fonctionnalités dans un cadre darwinien, " a déclaré Ott. " C'est quelque chose que nous prévoyons d'aborder à l'avenir. "
